Calcular el pH de una solución tampón

El cálculo de pH es un recurso importante que tiene el estudiante para determinar su carácter. ácido, básico o neutro de una solución. En este texto propondremos consejos para calcular el pH de una solución tampón de una manera sencilla.

Es de destacar que un solución tampón puede estar formado por las siguientes mezclas:

• Mezcla de una sal con una base débil, que debe tener el mismo catión que la sal. Es un búfer básico;

• Mezclar una sal con un ácido débil, que debe tener el mismo anión que la sal. Es un tampón ácido.

¡¿Vamos a los consejos ?!

1er consejo: fórmulas según el tipo de solución tampón

• Cuando tenga una solución tampón ácida, use:

pH = pKa + log [sal]
[ácido]

• Cuando tenga una solución tampón básica, use:

pOH = pKb + log [sal]
[base]

• Cuando tenga una solución tampón básica y un Kw (constante de ionización de agua) diferente, utilice:

pH = pKb - pKb - log [sal]
[base]

Segundo consejo: cuando el ejercicio proporciona las concentraciones de los participantes y constante de ionización...

• Tendremos la concentración del ácido o base que forma la solución;

• Tendremos la concentración de sal que forma la solución;

• Tendremos la constante de ionización (Ka o Kb) del ácido o base que forma la solución.

Ejemplo: (Adaptado por UNIFOR-CE) Una mezcla de ácido láctico (CH₃CH (OH) COOH) y lactato de sodio (CH₃CH (OH) COONa) en solución acuosa funciona como solución tampón, es decir, prácticamente no cambia su pH por la adición de H⁺ o oh^-. Una solución que contiene 0,12 mol / L de ácido láctico y 0,12 mol / L de lactato de sodio tiene un pH que se puede calcular mediante la ecuación:

pH = pKa + log [sal]
[ácido]

Ka = 1.0x10^-4 = constante de ionización ácida. Sin tener en cuenta la cantidad de ácido que sufre ionización, determine el valor de pH de la solución.

Resolución:

En este ejemplo, tenemos una solución tampón compuesta de sal y ácido. Los datos proporcionados son:

• [sal] = 0,12 mol / L

• [ácido] = 0,12 mol / L

• Ka = 1,10^-4

NOTA: el ejercicio dio el Ka, pero en la fórmula usamos el pKa, que es simplemente - logKa.

Como es un tampón ácido, simplemente use la expresión:

pH = pKa + log [sal]
[ácido]

pH = - log 1,10^-4 + registro 0,12
0,12

pH = - log10^-4 + registro 0,12
0,12

pH = 4.log 10 + log 1

pH = 4.1 + 0

pH = 4

3er consejo: cuando el ejercicio requiera cambiar el pH de una solución tampón que ha recibido una cantidad de ácido o base fuerte ...

• El ejercicio proporcionará la concentración de ácido o base que lo forma;

• Tendremos la concentración de sal que forma la solución;

• Tendremos la constante de ionización (Ka o Kb) del ácido o base que forma la solución;

• El ejercicio proporcionará el valor de pH del tampón después de agregar el ácido o la base fuerte;

• Es necesario encontrar el valor de pH del tampón antes de agregar el ácido o la base fuerte;

• Luego debemos restar el pH después de la adición del pH antes de la adición.

Ejemplo: (Unimontes-MG) Un litro de solución tampón contiene 0,2 mol / L de acetato de sodio y 0,2 mol / L de ácido acético. Al agregar hidróxido de sodio, el pH de la solución cambió a 4.94. Considerando que el pKa del ácido acético es 4.76 a 25 ° C, ¿cuál es el cambio en el pH de la solución tampón?

Resolución: En este ejemplo tenemos una solución tampón formada por sal y ácido. Los datos proporcionados son:

• pH después de la adición de una base fuerte = 4,94

• [sal] = 0,2 mol / L

• [ácido] = 0,2 mol / L

• pKa = 4,76

Inicialmente debemos calcular el pH del tampón antes de agregar la base fuerte. Para ello, debemos utilizar la expresión de tampón ácido:

pH = pKa + log [sal]
[ácido]

pH = 4,76 + log 0,2
0,2

pH = 4,76 + log 1

pH = 4,76 + 0

pH = 4,76

Finalmente, restamos el pH después de la adición de la base del pH antes de la adición:

ΔpH = después - antes de la adición de base

ΔpH = 4,94 - 4,76

ΔpH = 0,18

Cuarto consejo: calcular el pH de un búfer cuando el ejercicio proporciona la masa de uno de los participantes

• El ejercicio proporcionará la concentración o cantidad de materia de ácido, base o sal que lo forma;

• Cuando el ejercicio proporciona la cantidad de materia (mol), también proporcionará el volumen, porque en el cálculo del pH usamos concentración (dividiendo el mol por el volumen);

• Tendremos la constante de ionización (Ka o Kb) del ácido o base que forma la solución;

• Es necesario calcular la masa molar y la cantidad de materia del participante a la que se le dio masa en el ejercicio.

Ejemplo: (UFES - Adaptado) Se preparó una solución añadiendo 0,30 mol de ácido acético y 24,6 gramos de acetato de sodio en una cantidad suficiente de agua para completar 1,0 litro de solución. El sistema CH₃COOH y CH₃COONa constituye una solución tampón en la que este sistema está en equilibrio. Por lo tanto, determine el pH de la solución preparada. (Datos: Ka = 1.8 × 10^-5, log 1.8 = 0.26)

Resolución:

Los datos proporcionados por el ejercicio fueron:

• Ka = 1,8 × 10^-5

• log 1.8 = 0.26

• Volumen = 1L

• Número de moles de ácido 0.30 mol

• Como el volumen es 1L, entonces [ácido] = 0.30 mol / L

• Masa de sal utilizada = 24,6 g

Primero: Debemos calcular el masa molar (METRO₁) de sal:

CH₃COONa

METRO₁ = 1.12 + 3.1+ 1.12 + 1.16 + 1.16 + 1.23

METRO₁ = 12 + 3 + 12 + 16 + 16 + 23

METRO₁ = 82 g / mol

Segundo: Ahora determinemos la cantidad de moles de sal dividiendo la masa proporcionada por el ejercicio por la masa molar encontró:

n = 24,6
82

n = 0,3 mol

Tercero: Debemos calcular el concentración molar de la sal dividiendo el número de moles por el volumen suministrado:

M = No
V

M = 0,3
1

M = 0,3 mol / L

Habitación: Debemos calcular el pH usando la expresión para solución tampón ácida:

pH = pKa + log [sal]
[ácido]

pH = -log 1.8.10^-5 + log 0,3
0,3

pH = 5 - log 1.8 + log 1

pH = 5 - 0.26 + 0

pH = 4,74

5to consejo: calcular el pH de una solución tampón que se preparó mezclando un ácido y una base

• Tendremos la concentración molar y el volumen de la solución ácida;

• Tendremos la concentración molar y el volumen de la solución básica;

• Tendremos la constante de ionización del ácido o la base;

• Determine el número de moles de ácido y base utilizados en la preparación (multiplicando la concentración molar por el volumen);

• Respetar la relación estequiométrica, es decir, para cada H + del ácido, se utiliza un OH- de la base para neutralizar;

• Como el ácido y la base se neutralizan entre sí y forman una sal, debemos saber si queda algún ácido (tampón ácido) o base (tampón básico);

• Determine la concentración molar de las sobras y la sal dividiendo sus números molares por el volumen (suma de los volúmenes usados ​​en la preparación).

Ejemplo: (UEL) Las soluciones tampón son soluciones que resisten el cambio de pH cuando se agregan ácidos o bases o cuando ocurre la dilución. Estas soluciones son particularmente importantes en los procesos bioquímicos, ya que muchos sistemas biológicos dependen del pH. Por ejemplo, se menciona la dependencia del pH de la velocidad de escisión del enlace amida del aminoácido tripsina por la enzima. quimotripsina, en la que un cambio en una unidad de pH 8 (pH óptimo) a 7 da como resultado una reducción del 50% en la acción enzimático. Para que la solución amortiguadora tenga una acción amortiguadora significativa, debe tener cantidades comparables de ácido y base conjugados. En un laboratorio de Química se preparó una solución tampón mezclando 0,50 L de ácido etanoico (CH₃COOH) 0,20 mol L-1 con 0,50 L de hidróxido de sodio (NaOH) 0,10 mol L-1. (Dado: pKa del ácido etanoico = 4,75)

Resolución:

Los datos que aporta el ejercicio son:

• [ácido] = 0,20 mol / L

• Volumen de ácido = 0,5 L

• [base] = 0,10 mol / L

• Volumen base = 0,5 L

• pKa = 4,75

Primero: cálculo del número de moles de ácido (na):

na = 0,20. 0,5

na = 0,1 mol

Segundo: cálculo del número de moles de la base:

nb = 0,10. 0,5

nb = 0,05 mol

Tercero: Determine quién queda en la solución:

El ácido etanoico tiene solo un hidrógeno ionizable y la base tiene un grupo hidroxilo, por lo que la proporción entre ellos es 1: 1. Entonces, el número de moles de ambos debe ser el mismo, pero tenemos una cantidad mayor (0.1 mol) de ácido que la cantidad de base (0.05 mol), dejando 0.05 mol de ácido.

Habitación: Determinación del número de moles de sal.

Como la cantidad de sal formada siempre está relacionada con los componentes de menor proporción estequiométrica (equilibrio), en este ejemplo, la cantidad de sal sigue el coeficiente 1, es decir, su número molar también es 0,5 mol.

Quinto: Determinación de la concentración molar de ácido y sal.

Se mezclaron 0,5 L de ácido con 0,5 L de base, dando como resultado un volumen de 1 L. Por tanto, la concentración de ácido y sal es igual a 0,05 mol / L.

Sexto: determinación de pH

Como el búfer es ácido, simplemente use los valores en la siguiente expresión:

pH = pKa + log [sal]
[ácido]

pH = 4,75 + log 0,05
0,05

pH = 4,75 + log 1

pH = 4,75 + 0

pH = 4,75

Sexto consejo: cuando el ejercicio cuestiona el nuevo valor de pH después de agregar una cantidad de ácido o base fuerte ...

• Tendremos el valor de la concentración molar del ácido o base que se agregó al tampón;

• Debemos tener la concentración molar de la sal, ácido o base que forma el tampón. En caso de que no lo tengamos, simplemente calcúlelo como se vio en los consejos anteriores;

• La concentración agregada siempre se restará de la concentración de ácido o base;

• La concentración agregada siempre se agregará a la concentración de sal.

Ejemplo: Determine el pH de la solución tampón después de agregar 0.01 mol de NaOH sabiendo que, en 1.0 L de la solución preparada, tenemos 0.05 mol / L de ácido acético y 0.05 mol / L de acetato de sodio. Datos: (pKa = 4,75, log 0,0666 = 0,1765)

Resolución:

Datos proporcionados:

• [sal] = 0.05 mol / L

• [ácido] = 0.05 mol / L

• [base agregada al tampón] = 0.01 mol / L

• pKa = 4,75

pH = pKa - log (sal - base)
(ácido + base)

pH = 4,75 - log (0,05 - 0,01)
(0,05 + 0,01)

pH = 4,75 - log 0,04
0,06

pH = 4,75 - log 0,666

pH = 4,75 + 0,1765

pH = 4.9265

Por mí. Diogo Lopes Dias

Fuente: Escuela Brasil - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/calculo-ph-uma-solucao-tampao.htm